Структура плазматической мембраны клетки и способы ее изучения.

⇐ ПредыдущаяСтр 9 из 11Следующая ⇒

Плазматическая мембрана, или плазманемма, ограничивает клетку снаружи, что обусловливает ее непосредственную связь с внеклеточной средой. В химическом отношении плазматическая мембрана представляет собой липопротеиновый комплекс. Она имеет толщину около 10 нм и представляет собой самую толстую из клеточных мембран. Основными компонентами плазматических мембран являются липиды (около 40%), белки (более 60%) и углеводы (около 2 – 10%). Плазмалемма по сравнению с другими мембранами более богата холестерином, в ее фосфолилидах преобладают насыщенные жирные кислоты. Состав белков, входящих в плазматическую мембрану, очень разнообразен, что определяется многообразием ее функциональных нагрузок. Среди ферментов обнаружены 5'-нуклеотидаза, Мg-зависимая АТФаза, активируемая ионами Nа+ и К+, щелочная и кислая фосфатаза, аденйлатциклаза, РНКаза, протеолитическая активность. Часть белков, обнаруживаемых во фраициях плазматической мембраны, может быть и не связана непосредственно с билипидным слоем. Многие ферменты, обнаруживающие свою активность во фракциях плазматической мембраны, могут быть локализованы в гликокаликсе, гликопротеиновом комплексе, ассоциированным с, плазматической мембраной. В состав, именно гликокаликса входят различные углеводы, которые могут составлять около 10% от сухого веса мембран. Среди углеводов обнаружены глюкуроновая кислота, гексозамин, фукоза и сиаловая кислота. Эти углеводы образуют длинные ветвящиеся цепочки полисахаридов, связанных с белками, входящими, в состав липолротеидных мембран. В гликокаликсе из-за его структуры снижается скорость диффузии различных веществ. Здесь же могут локализоваться ферменты, выделенные клеткой и связанные с зоной гликокаликса с помощью ионов Са++ или Мg++. Эти ферменты участвуют во внеклеточном расщеплении различных веществ (полисахаридов, белков, жиров и др.). Продукты такой ферментативной активности в виде мономертв (аминокислоты, сахара, жирные кислоты, нуклеотиды и др.) транспортируются через плазматическую мембрану и усваиваются клетками. При использовании специальных методов выявления полисахаридов (краситель рутениевый красный) видно, что полисахариды образуют как бы чехол поверх плазматической мембраны. Толщина этого слоя около 3 – 4 нм. Для исследования свойств плазматической мембраны широко используются лектины, белки растительного происхождения, которые специфически связываются с олигосахаридами. Так, лектин конканавалин А (КонА) связывается с олиговахаридами, имеющими на концах глюкозу или маннозу. На поверхности белков-лектинов имеются два или более района специфического, связывания с углеводами. Если лектины добавлять к взвеси эритроцитов, то это вызывает их осаждение, сопровождающееся слипанием – агглютинация. Поэтому лектины еще называют авглютининами. Такая реакция агглютинации эритроцитов вызвана тем, что лектин, например КонА взаимодействуя с концевыми сахарами углеводов гликокаликса, как бы сщивает эритроциты друг с другом, чем и вызывает их осаждение. Так как полисахариды гликокаликса есть на поверхности плазматической мембраны любых клеток, то лектины могут связываться и с ними.

Удобно регистрировать лектины на поверхности клеток с помощью иммунофлуоресцентного метода. Использование этого метода позволило проследить за подвижностью белков в плоскости мембран. Так, оказалось, что при добавлении к клеткам, поверхность которых связана с КонА, антител против КонА, меченных флуорохромом, обнаруживается свечение по всей поверхности клетки. Это значит, что белки-гликопротеиды, полисахаридные цепи которых образуют слой гликокаликса, равномерно разбросаны по поверхности клеток. Однако через некоторое время на поверхности клетки видно не сплошное свечение, а отдельные множественные пятна или точки (их назвали «заплатками», по-английски раtch). Затем эти пятна собираются в одну зону – «колпачок». Интересно, что «колпачок» всегда формируется над тем местом клетки, где находятся центриоли и аппарат Гольджи. Дальнейшая судьба этого колпачка может быть у разных клеток различной: у фибробластов колпачки могут отделяться и отрываться от тела при движении клетки у других (лимфоциты) происходит поглощение этих участков внутрь клетки (эндоцитоз) и переваривание их там. Если же через некоторое время снова добавить к клеткам лектины и пометить их, то снова повторится картина равномерного расположения метки по поверхности клетки. Из этих наблюдений были получены следующие выводы: 1. Плазматическая мембрана клеток обладает малой вязкостью, что позволяет ее белкам быстро перемещаться в латеральном направлении. 2. Происходит быстрая замена блокированных цепей полисахаридов гликокаликса, происходит как бы регенерация клеточной поверхности. 3. В смене клеточиой поверхности принимают участие фибриллярные структуры цитоплазмы (см. ниже). Латеральную подвижность белковых (гликопротеидных) молекул плазматической мембраны можно наблюдать и с помощью других приемов. Например, туша люминесценцию на участке плазмалеммы с помощью лазерного микролуча, можно проследить, с какой скоростью эта " брешь" вновь заполняется флуоресцирующими молекулами из соседних участков. Оказалось, что константа диффузии для белков составила 2 10^-10 см²/с. Сходные данные были получены при изучении клеточных гибридов, имеющих разные поверхностные антигены, которые можно пометить. В этом случае сначала в гибридной клетке антигены поверхностей были разобщены, а через некоторое время они равномерно распределились во всей поверхности гетерокариона Плазматическая мембрана практически всех клеток постоянно обновляется. Это происходит путем постоянно идущего процесса отщепления и погружения мелких пузырьков с ее поверхности внутрь клетки и возмещения этой убыли за счет встраивания в мембрану вакуолей, пришедших изнутри клетки. Механизм такой подвижности компонентов плазматической мембраны обеспечивается структурой примыкающего к ней кортикального слоя и внутриклеточных фибриллярных структур, микрофиламентов. Кортикальный (от слова – соrtex – кора, кожица) слой цитоплазмы, лежащий в тесном контакте с липопротеидной наружной мембраной, имеет ряд особенностей. Здесь в толщине 0, 1 – 0, 5 мкм отсутствуют рибосомы и мембранные пузырьки, но в большом количестве встречаются фибриллярные элементы цитойлазмы – микрофиламенты и часто микротрубочки. Основным фибриллярным компонентом кортикального слоя является сеть актиновых микрофибрилл, не связанных в пучки. Здесь же располагается ряд вспомогательных белков, необходимых для движения участков цитоплазмы: винкулина, связывающего плазматическую мембрану с пучками активных цитоплазматических микрофиламентов, a-актинина, фимбрина, филамина, клатрина – белков, участвующих в полимеризации сократимых клеточных бел- ков и, возможно, участвующих в их связывании с системой микротрубочек (подробнее о скелетно-двигательной системе клеток см. ниже). Роль этих связанных с актином белков очень важна, так как она объясняет их участие в связи, в «заякоревании» интегральных белков плаэматической мембраны. Связывание последних, например, с лектинами может вызвать движение их вдоль поверхности плазмалеммы и затем погружение внутрь клетки при образовании пиноцитозных пузырьков.

Синтез клеточных мембран

Интегральные белки мембран эндоплазматического ретикулума, мембран аппарата Гольджи, секреторных вакуолей и плазматической мембраны имеют одно происхождение: они синтезируются и встраиваются в мембрану в гранулярном ЭР. Более того липидный компонент различных мембран синтезируется и встраивается в мембрану в гранулярном ЭР. В мембранах ЭР локализованы ферменты синтеза фосфолипидов, который происходит на цитоплазматической стороне мембраны. Включенные в мембрану новые липиды располагаются на ее цитоплазматической стороне. Для их переноса на другую сторону мембраны необходимо участие специальных белков-транслокаторов («флиппаз»). Следовательно, гранулярный эндоплазматический ретикулум представляет собой настоящую «фабрику» клеточных мембран. От того, какие интегральные и периферические белки будут синтезироваться на рибосомах ЭР и какие фосфолипиды будут включаться в мембрану, зависит тип образующегося нового участка мембраны: будет ли он компонентом гладкого ЭР, мембран аппарата Гольджи, лизосомы, или плазматической мембраны. Секреция белков и образование мембран у бактерий. В принципе рост плазматической мембраны и ее производных у бактерий происходит тем же образом, что и образование мембран у эукариотических клеток. Как известно, синтез белков у бактерий осуществляется на 70S рибосомах, которые так же, как и у клеток высших организмов, имеют двоякую локализацию. Большая часть рибосом бактериальных клеток образует полисомы в цитоплазме, около 25% рибосом связано с плазматической мембраной. Такие рибосомы участвуют в синтезе как мембранных, так и экскретируемых белков. На других рибосомах, связанных с мембранами. синтезируются белки, необходимые для построения самой мембраны, подобно тому, как это происходит в гранулярном ЭР эукариотических клеток. Так что в этом отношении бактерию можно уподобить вакуоли гранулярного ЭР, как бы вывернутой наизнанку. На примере бактерий хорошо изучен путь синтеза липидных компонентов мембран. Так, было найдено, что фосфоэтидилэтаноламин синтезируется с помощью ферментов, являющихся интегральными белками плазматической мембраны, активные участки которых находятся на цитоплазматической стороне мембраны. Синтезированные здесь липиды встраиваются во внутренний липидный слой. Оказалось, что новосинтезированные липиды довольно быстро обнаруживаются и во внешнем слое мембраны. синтезироваться на рибосомах ЭР и какие фосфолипиды будут включаться в мембрану, зависит тип образующегося нового участка мембраны: будет ли он компонентом гладкого ЭР, мембран аппарата Гольджи, лизосомы, или плазматической мембраны.

⇐ Предыдущая 2 3 4 5 6 7 8910 11 Следующая ⇒